基于Solidworks的刚构桥边跨现浇段托架及模板检算

洪流 陈慧东

【摘要】：针对凉水井大桥边跨现浇段的设计、施工过程，介绍Solidworks软件在刚构桥施工中的应用。

【关键字】：刚构桥、边跨现浇段、托架、solidworks

中图分类号： U448.23文献标识码： A

一、工程概况

凉水井大桥左幅桥型布置为（6×40m）连续“T”梁+（70.2m+130m+70.2m）连续箱梁+ (4×40m)连续“T”梁，总长680.4m；右幅桥型布置为（5×40m）连续“T”梁+（70.2m+130m+70.2m）连续箱梁+（4×40m）连续“T”梁，总长640.4m。

边跨现浇段长4.12m，中线梁高2.9m。腹板厚度由0.5m渐变至1.0m，顶板厚度由0.3m渐变至0.7m，底板厚度由0.3m渐变至0.65m，梁端实心段长2.0m，设有1.2m宽、1.55m高椭圆形人洞。设计方量51.06m3。

二、施工方案

1、施工方法简介

凉水井大桥主桥箱梁边跨现浇段采用托架现浇的施工工艺进行施工。托架结构形式如下图所示。

图1 边跨现浇段托架构造图

托架主要由预埋件、牛腿、底层横梁、碗扣式脚手架、顶层横梁、纵梁及底模组成。牛腿杆件均为I40b工字钢，顶、底层横梁及纵梁均为I32b工字钢。牛腿斜杆与纵梁及预埋件之间均为焊接。碗扣式脚手架高1.86m，由LG-120、HG-30、HG-60及顶、底托组成。立杆纵向步距0.3m、横向步距为6×0.3m+6×0.6m+6×0.3m。脚手架设纵、横向及水平剪刀撑。底模采用10mm钢板。在纵梁下设0.1m钢垫作为卸落块。

三、托架检算

1、检算荷载

边跨现浇段一般构造图如图2所示。

图2 边跨现浇段纵向剖面 图3 边跨现浇段底面

图41-1截面 图52-2截面

如图4、图5所示，将现浇段截面分为4部分，分别计算其面积，再根据纵向长度计算出钢筋砼体积。将A、C部分荷载施加在图3中S3上，B1+B2荷载施加在S1上，2.0m实心段荷载施加在S2上，1/2边跨合拢段荷载施加在S4上。恒载计算如表1所示。

表1 检算荷载（恒载）

钢筋砼比重按2600kg/m3计算。活载有模板、机具、人员以、振捣荷载及边跨合拢段吊架。其中边跨现浇段翼缘板及外模板采用0#块模板（比重按100kg/m2计算），内模采用1.5cm竹胶板（整个内模系统按5000kg计算），边跨合拢段吊架按20000kg计算。计算活载如下表2所示。

表2 检算荷载（活载）

则检算荷载如下：

qS1=0.0161+0.0049+0.0028+0.0021=0.0259Mpa

qS2=0.1049+0.0049+0.0028+0.0021=0.1147Mpa

q左S3=0.1606+0.0049+0.0028+0.0021=0.1704Mpa

q右S3=0.1642+0.0049+0.0028+0.0021=0.1740Mpa

qS4=0.0083+0.0028+0.0757=0.0868Mpa

2、检算指标及模型

所有托架型钢均按Q235检算，相关指标如下：

①工字钢杆件、钢板屈服强度fy=235Mpa，抗剪强度fv=125Mpa

②许用正应力[σ1]=215MPa（工字钢）、[σ2]=205MPa（脚手架）

③工字钢、钢板弹性模量E=206GPa；脚手架杆件弹性模量E=205GPa

④密度ρ=7850kg/m3

⑤重力加速度9.81m/s2

建立模型如图6所示，其中碗扣式脚手架采用Φ48×3.5mm钢管模拟，立杆与顶、底托之间刚结，所有横杆与立杆之间铰接，横杆与立杆之间仅传递轴力，不传递弯矩。杆件重力由件自动施加。其中碗扣式脚手架采用横梁单元建模，其余均采用实体单元。

图6 边跨现浇段托架检算模型

3、检算结果

3.1、强度检算

图7 托架型钢米塞斯应力及剪应力云图

由图7所示，所有杆件最大等效应力为：σmax=60.0MPa＜fy=235MPa

所有杆件最大剪应力为：τmax=29.5MPa＜fv=125MPa

综上所述，托架型钢杆件强度满足要求。

图8 碗扣式脚手架轴力图 图9 碗扣式脚手架轴应力图

由图10所示，碗扣式脚手架杆件最大应力(压弯组合)为

σmax=55.1MPa＜[σ2]=205MPa

脚手架强度满足要求。

图10 碗扣式脚手架轴向及弯曲应力云图

3.2、刚度检算

由图11可知，托架最大位移dmax=1.744mm，发生在纵梁外伸端，则

dmax=1.744mm＜L0/400=740/400=1.85mm

托架刚度符合要求。

图11 托架位移云图

3.3、稳定性检算

牛腿斜撑可按压杆校核其整体稳定性。I40b截面惯性半径imin=iy=2.71cm，A=94.07cm2。压杆长度系数μ按两端不可转动、但可相对移动，取值1。斜撑长度为L=3.466m，则长细比

λ=μL/i=3.466÷0.0271=128

图12 牛腿斜撑支座反力

斜撑材质为Q235，许用应力[σ1]=215Mpa，弹性模量E=206GPa，则

λ＞λ1，则斜撑压杆临界力为

由图12可知，斜撑最大支座反力Fmax=1.87×105N，则

Fmax=1.87×105N＜Pcr=1.17×106N

牛腿斜撑整体稳定性满足要求。

四、模板系统检算

边跨现浇段梁段编号为A19及A20，长度分别为2.12m、2.0m。其中A19段侧模、翼缘板模板及A20段侧模均采用0#块模板。边跨现浇段底模采用10mm钢板，在托架检算中已一并计算。

A20段翼缘板模板采用15mm竹胶板；横肋采用10×10cm木方（杉木），净距20cm；纵肋采用2[10槽钢，净距60cm；支撑架采用碗扣式脚手架，立杆采用LG-180、LG-120，立杆纵横步距均为0.6m，横杆采用HG-60，竖向步距0.6m。

A19段内模模板采用15mm竹胶板；竖肋采用10×10cm木方，净距20cm；背楞采用 2[10槽钢，共设3道，间距0.5m。A19段顶板模板均采用15mm竹胶板、纵肋采用10×10cm木方、横肋采用 2[10槽钢；支撑架采用扣件式钢管脚手架（Φ48.3x3.6焊管）。

1、A20段翼缘板模板检算

A20段翼缘板模板系统构造如下图13所示：

图13 A20段翼缘板模板系统构造

1.1、检算荷载

钢筋砼比重按2600kg/m3计算，计算得检算荷载如下表3所示，杆件重力由软件自动施加。

表3 A20段翼缘板检算荷载